Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali

Elektrochemia
- szereg elektrochemiczny metali
Zadania
Czym jest szereg elektrochemiczny metali?
•
•
•
•
Szereg elektrochemiczny metali jest to zestawienie
metali według wzrastających potencjałów
normalnych.
Wartości potencjałów normalnych nie można
zmierzyć w sposób bezpośredni, zostały one
zmierzone w stosunku do normalnej elektrody
wodorowej – NEW (in. SPW – standardowa
elektroda wodorowa). NEW stanowi blaszka
platynowa pokryta czernią platynową, zanurzona do
roztworu jonów H3O+ o stężeniu c = 1 mol/dm3
i opłukiwana gazowym wodorem pod ciśnieniem
normalnym p = 1013 hPa.
Procesy elektrodowe zachodzące na NEW:
½ H2 + H2O = H3O+ +e
(½ H2(g)=H+ +e)
Potencjał normalnej elektrody wodorowej E0 = 0
Szereg elektrochemiczny (napięciowy) metali
•
Każdy metal o niższym normalnym potencjale wypiera z roztworu metal o
potencjale wyższym, np. Zn + Pb2+ → Zn2+ + Pb
-reguła nie dotyczy litowców i berylowców, które z wodnych roztworów nie
wypierają innych metali – pierwszeństwo ma reakcja z wodą [otrzymywanie
wodorotlenków]. Mg i Be reagują z wodą na gorąco, więc w temperaturze
pokojowej mogą wypierać inne metale z roztworu.
-Al nie wydziela z roztworów zawierających jony Fe2+, Zn2+, Pb2+ i Cu2+
metali, ponieważ ulega pasywacji – pokrywa się warstewką ochronną swojego
tlenku
• Metale o potencjałach ujemnych mogą wypierać wodór. Są to
metale aktywne, nazywane nieszlachetnymi.
Zn + 2H+ → Zn2+ + H2↑
Reakcja przebiega tym mniej energicznie im bliższy zera jest
potencjał normalny metalu.
• Metale o dodatnich potencjałach nie wypierają wodoru z
kwasów. Metale te nazywane są metalami szlachetnymi.
Cu + HCl → reakcja nie zachodzi
• Metale szlachetne reagują z kwasami tlenowymi z
wykorzystaniem ich właściwości utleniających
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
• Im bardziej ujemny potencjał normalny metalu, tym większa
jest jego zdolność do utleniania się (oddawania elektronów).
• Im bardziej dodatni potencjał normalny metalu, tym większa
jest jego zdolność do redukcji (przyjmowania elektronów).
• Z szeregu elektrochemicznego korzysta się przy
przewidywaniu kierunku biegu reakcji redoks i podczas
budowy ogniw.
Przykład
• Ogniwo składa się z elektrody kadmowej i żelaznej,
zanurzonych w roztworach wodnych swych dwudodatnich
jonów, o jednakowych stężeniach. Określić znaki elektrod
i podać zapis schematu ogniwa
• Potencjał standardowy elektrody kadmowej wynosi -0,43 V, a elektrody
żelaznej -0,44 V. Ponieważ stężenie obu soli jest jednakowe, zatem
elektroda kadmowa ma znak dodatni, a elektroda żelazna ujemny.
Schemat ogniwa:
(-) Fe; Fe2+(c1)||(c1)Cd2+;Cd (+)
Przykład
•
•
6,5g pewnego metalu wrzucono do roztworu soli srebrowej. Metal uległ
roztworzeniu tworząc jony dwudodatnie, a wydzielone srebro po przemyciu
i wysuszeniu ważyło 21,6g. Obliczyć masę atomową metalu. MAg=108g/mol
M + 2Ag+ → M2+ + 2Ag
m1= 6,5g
m2=21,6g
n2 = m2/MAg = 0,2 mola
n1 = n2/2 = 0,1 mola
0,1 mola – 6,5g
1 mol – 65g
Odpowiedź: Masa atomowa metalu wynosi 65 g (jest to cynk).
Zadania
•
•
•
•
•
Zadanie 1. Płytkę kadmową o masie 100g zanurzono w roztworze CuSO4. Po pewnym czasie płytkę
wyjęto, wysuszono i zważono. Stewierdzono, że jej masa wynosi 90,4g. Obliczyć, ile gramów miedzi
osadziło się na płytce. Odp.: 12,8g
Zadanie 2. Do roztworu CuSO4 zanurzono płytkę żelazną o masie 158 g. Po wyjęciu z roztworu, wymyciu
i wysuszeniu stwierdzono, że masa płytki zwiększyła się o 2 g. Ile gramów żelaza przeszło do roztworu?
Odp. 14g
Zadanie 3. Miedź rozpuszczono całkowicie w 20 cm3 x-molowego roztworu kwasu azotowego. Wydzieliło
się 0,9 cm3 bezbarwnego gazu (w warunkach normalnych). Jakie jest stężenie molowe tego kwasu, jeśli oba
substraty przereagowały całkowicie? Odp.: 0,008 mol/dm3
Zadanie 4. Względem których kationów z podanego zbioru nikiel może być reduktorem?
Co2+, Fe2+, Sn2+, Zn2+, Mg2+, Ca2+, Bi3+, Cu2+, Al3+, Cr3+, Li+, Ag+, H+
Zadanie 5. Do 4 probówek zawierających
siarczan miedzi zanurzono płytki: cynkową,
kadmową, żelazną i srebrną o jednakowej
masie. Jak zmieni się masa płytek?
Odp.: zmaleje, zmaleje, wzrośnie, pozostanie
bez zmian